JPH0328492A - シールド掘進機の掘進方向制御方法及び装置 - Google Patents
シールド掘進機の掘進方向制御方法及び装置Info
- Publication number
- JPH0328492A JPH0328492A JP1986089A JP1986089A JPH0328492A JP H0328492 A JPH0328492 A JP H0328492A JP 1986089 A JP1986089 A JP 1986089A JP 1986089 A JP1986089 A JP 1986089A JP H0328492 A JPH0328492 A JP H0328492A
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- pressure
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- Excavating Of Shafts Or Tunnels (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
本発明は、シールド掘進機の現在の位置及び姿勢角を検
出しながらその掘進方向を計画路線に正確に沿うように
自動制御する方法及びその装置に関する．
出しながらその掘進方向を計画路線に正確に沿うように
自動制御する方法及びその装置に関する．
一Ｃに、シールド掘進機の自動による方向制御は、その
位置と姿勢角を自動位置計測装置等により常時計測し、
計画路線との偏差を修正するように推進ジャッキを自動
的に操作して行う。 従来、その操作は、推進ジャッキをＴ４磁切換弁により
作動させるか停止させるかにより行っていた．すなわち
、複数の推進ジャッキのうちから修正動作に適した作動
ジャッキを過去の掘進データ等を参照して選択し、さら
に偏差の修正には水平方向及び鉛直方向の偏差を同時に
修正できるようなジャッキを選択し、それを作動・停止
させることにより行っていた． この方法を、第６図に示すように８台の推進ジャッキを
有するシールド掘進機を例にして説明する。いま全推進
ジャッキの作動によって直進させた結果、水平方向θＸ
．鉛直方向θｙの姿勢角偏差が生じ、これを修正するも
のとする．この場合、その修正動作に最も適したと思わ
れる第８番目の推進ジャッキを圧力解放して停止させ、
シールド掘進機の動作をｒａ認する．この結果、操作量
が少なく、希望通りの修正が行えなかったとき、例えば
水平方向θＩの修正が十分でないときは、その方向の操
作量を増加させるためにさらに第７番目または第６番目
の推進ジャッキも停止させる．逆に操作量が多く希望の
修正値を超えた場合には、停止させた第８番目の推進ジ
ャッキを再び作動させることによって操作量を減少させ
る．
位置と姿勢角を自動位置計測装置等により常時計測し、
計画路線との偏差を修正するように推進ジャッキを自動
的に操作して行う。 従来、その操作は、推進ジャッキをＴ４磁切換弁により
作動させるか停止させるかにより行っていた．すなわち
、複数の推進ジャッキのうちから修正動作に適した作動
ジャッキを過去の掘進データ等を参照して選択し、さら
に偏差の修正には水平方向及び鉛直方向の偏差を同時に
修正できるようなジャッキを選択し、それを作動・停止
させることにより行っていた． この方法を、第６図に示すように８台の推進ジャッキを
有するシールド掘進機を例にして説明する。いま全推進
ジャッキの作動によって直進させた結果、水平方向θＸ
．鉛直方向θｙの姿勢角偏差が生じ、これを修正するも
のとする．この場合、その修正動作に最も適したと思わ
れる第８番目の推進ジャッキを圧力解放して停止させ、
シールド掘進機の動作をｒａ認する．この結果、操作量
が少なく、希望通りの修正が行えなかったとき、例えば
水平方向θＩの修正が十分でないときは、その方向の操
作量を増加させるためにさらに第７番目または第６番目
の推進ジャッキも停止させる．逆に操作量が多く希望の
修正値を超えた場合には、停止させた第８番目の推進ジ
ャッキを再び作動させることによって操作量を減少させ
る．
このような従来の方法によると、一旦停止させた推進ジ
ャッキは既設のセグメントから外れるため、その停止し
た推進ジャッキを再び作動させて掘進作業を続行する場
合には、その推進ジャッキが既設のセグメントに当たる
まで待ってから掘進を再開しなければならず、作業能率
が非常に悪かった． これを改善するため、無負荷追従ジャッキ方式によるも
のが提案された．この方法は、推進ジャッキを完全に圧
力解放しないでシールド掘進機本体に対して無負荷状態
になるような低い圧力をかけた状態で停止させ、シール
ドｍｉ１機本体に迅速に追従できるようにしたものであ
る． しかし、この方法とても、推進ジャッキをシールド掘進
機本体に対して負荷作動状態にするか無負荷作動状態に
するかの２段階の切換であり、作動・停止による場合と
同様に水平及び鉛直の両方向の操作量が同時に変化する
ため、その独立した＠御を行えず、高い掘進精度を期待
できなかった．また、操作量が単にオン・オフの２｛ａ
ｌとなるため、ＰＩＤ演３！Ｅ（比例・積分・微分）等
による円滑かつ連続的な追従制御ができず、土質等の外
乱の影響を受け易かった． 本発明は従来のこのような問題点を解決することを目的
とする。
ャッキは既設のセグメントから外れるため、その停止し
た推進ジャッキを再び作動させて掘進作業を続行する場
合には、その推進ジャッキが既設のセグメントに当たる
まで待ってから掘進を再開しなければならず、作業能率
が非常に悪かった． これを改善するため、無負荷追従ジャッキ方式によるも
のが提案された．この方法は、推進ジャッキを完全に圧
力解放しないでシールド掘進機本体に対して無負荷状態
になるような低い圧力をかけた状態で停止させ、シール
ドｍｉ１機本体に迅速に追従できるようにしたものであ
る． しかし、この方法とても、推進ジャッキをシールド掘進
機本体に対して負荷作動状態にするか無負荷作動状態に
するかの２段階の切換であり、作動・停止による場合と
同様に水平及び鉛直の両方向の操作量が同時に変化する
ため、その独立した＠御を行えず、高い掘進精度を期待
できなかった．また、操作量が単にオン・オフの２｛ａ
ｌとなるため、ＰＩＤ演３！Ｅ（比例・積分・微分）等
による円滑かつ連続的な追従制御ができず、土質等の外
乱の影響を受け易かった． 本発明は従来のこのような問題点を解決することを目的
とする。
本発明では、シールド掘進機の現在の位置及び姿勢角を
それぞれ位置センサ及び姿勢角センサによって検出し、
位置センサの検出値と位置目標値とから位置偏差を求め
た後、その偏差を修正するような姿勢角目標値を演算す
る．次にこの姿勢角目標値と姿勢角センサの検出値とか
ら姿勢角偏差を求め、その偏差を修正するような圧力目
標値を複数の推進ジャッキの個々についてまたはグルー
プごとに演算する。そしてこれら推進ジャッキに作用す
る圧力を圧力センサによって検出しながらそれに印加す
る流体圧を上記圧力目標値に従って調整する．
それぞれ位置センサ及び姿勢角センサによって検出し、
位置センサの検出値と位置目標値とから位置偏差を求め
た後、その偏差を修正するような姿勢角目標値を演算す
る．次にこの姿勢角目標値と姿勢角センサの検出値とか
ら姿勢角偏差を求め、その偏差を修正するような圧力目
標値を複数の推進ジャッキの個々についてまたはグルー
プごとに演算する。そしてこれら推進ジャッキに作用す
る圧力を圧力センサによって検出しながらそれに印加す
る流体圧を上記圧力目標値に従って調整する．
本発明によれば、水平方向及び鉛直方向をそれぞれ独立
してしかも完全なフィードバック制御系により方向制御
できる。
してしかも完全なフィードバック制御系により方向制御
できる。
以下、本発明の一実施例を図面を参照して詳細に説明す
る． 第１図は本発明によるｔｉ進方向制御装置のシステム構
成図である．シールド掘進機本体１は放射状に配置した
４台以上の推進ジャッキ２（同図では２台のみ図示）に
より公知のように推進され、また従来公知の位置センサ
３及び姿勢角センサ４によって現在の位置及び姿勢角を
検知される．その検知した位置データ及び姿勢角データ
は信号変換器５により信号変換されてパーソナルコンピ
ュータ等による地上の指令部６へ伝送され、後述のよう
にデータ処理される．全推進ジャッキ２は油圧供給系を
介して共通の油圧ポンプ７に接続され、該油圧ポンプ７
からの油圧によって作動される．油圧ポンブ７からの油
圧は圧力センサ８によって検知され、流量調整器９によ
り流量調整された後、分岐して各推進ジャッキ２ごとに
圧力調整器（例えば比例電磁弁）ｌＯにより圧力調整さ
れるとともに、各推進ジャッキ２ごとの圧力を圧力セン
サｌ１によって検知される．圧力センサ８，１ｌによっ
て検知された圧力データは演算機能を有する制御部１２
を介しまた上記信号変換器５で信号変換されて指令部６
へ伝送される．制御部１２は指令部６からの指令に従い
流量調整器９及び各推進ジャッキ２ごとの圧力調整器ｌ
Ｏを制御する．各推進ジャッキ２を圧力調整ＨｆＯで調
整することによりシールド掘進機本体１の方向が制御さ
れる。 その制御にあたり本実施例では、シールド掘進機本体ｌ
に放射状に配設されたＮ個の推進ジャッキ２をシールド
掘進機本体ｌの円周方向に４つのグループに分割、すな
わちその圧力系統を４分割したものとして説明する．第
２図においてある点のＸ軸及びＹ軸の座標値（設定｛１
１１）ａ，ｂが与えられた場合、４分割されたＩＩＬ進
ジャソキ２の圧力分担Ｐｌｌ〜ｐ１ｔはこれから次の計
算によって求められる． Ｐ＋＋＝Ｊ（ｘ ａ）ｂ Ｐ，ｇ＝Ｊ ａ ｂ ？■＝Ｊ （ｘ − ａ）（ｙ − ｂ）Ｐｔｔ−Ｊａ
（ｙ ｂ） 第３図に示すようにＮ個の推進ジャッキ２１〜２Ｍには
、それぞれの圧力を調整する圧力調整器ｌＯ．〜１０Ｎ
及びその圧力を検知する圧力センサＨｔ〜ｌ１エが接続
され、各推進ジャッキの圧力は個別に検知されるが、圧
力制１１は指令部６からの指令に従い制御部１２によっ
て上記のように４つのグループに分けて行われる．従っ
て同じグループの推進ジャッキは同じ圧力に調整される
．以下、その圧力制御について第４図のフローチャート
を参照して説明する． ■ 位置センサ３及び姿勢角センサ４でシールド′ｍ進
機本体ｌの現在の位置及び姿勢角を検出し、そのデータ
を信号変換器５で指令部６用に変換してこれへ伝送する
． ■ 指令部６において計画路線の位置目標値と位置セン
サ３の検出位置とを比較して位置偏差を求め、その位置
偏差から水平方向及び鉛直方向の姿勢角目標値を演算す
る． ■ 指令部６において姿勢角目標値と姿勢角センサ４の
検出姿勢角とを比較し、水平方向及び鉛直方向の姿勢角
偏差を求める． ■ これら姿勢角偏差を信号変換器５で制御部ｌ２用に
変換してこれへ伝送する． ■ 制御部１２により流量調整器９を制御して流量調整
し、シールド掘進機本体ｌの掘進速度を適宜に設定する
． ■ 制御部ｌ２において姿勢角偏差からその偏差を修正
するような各推進ジャッキの圧力目標値を演算し、その
演算結果から上記の計算式に従った圧力分担により最も
大きい圧力系統の推進ジャッキを選択する． ■ その圧力系統の圧力調整器１０を制御部ｌ２によっ
て最大圧力に設定する． ■ 圧力センサ８によって油圧ポンブ７の圧力を検出し
、制御部ｌ２においてこのときのシールド掘進機本体ｌ
の推力を演算する． ■ この推力と圧力分担とから新たに他の圧力系統の推
進ジャッキの圧力目標値を演算する．［相］ 圧力セン
サ１１１−１１Ｎによって各圧力系統の圧力を検出する
． ■ その検出圧力と上記■で求めた圧力設定値とを比較
して各圧力系統ごとの圧力偏差を演算する． ■ 各圧力系統ごとに上記圧力偏差を修正するような調
整値、つまり電流値または電圧値を演算し、これに従い
、上記■で最大圧力に設定した圧力調整器以外の各圧力
調整器１０．〜ｌＯＨを操作して各推進ジャッキ２．〜
２，ｌの圧力を調整する。 ■ 推進ジャッキ２，〜２Ｎの作動によりシールド掘進
機本体１に回転モーメントが生じ、その掘進方向が制御
される． 以上の動作を繰り返すことによりシールド掘進機本体１
は実時間で連続的にかつ水平及び鉛直両方向について円
滑に方向制御される． なお、上記の実施例では、Ｎ個の推進ジャッキ２，〜２
Ｎを説明の便宜上第２図に示すようにＸ軸及びＹ軸と平
行に４分割したが、シール−ド掘進機本体１にとっては
第５図のような態様に分割した方が方向転換が容易であ
る．また分割しないでＮ個の推進ジャッキ２，〜２Ｈを
個々に圧力調整しても良い．
る． 第１図は本発明によるｔｉ進方向制御装置のシステム構
成図である．シールド掘進機本体１は放射状に配置した
４台以上の推進ジャッキ２（同図では２台のみ図示）に
より公知のように推進され、また従来公知の位置センサ
３及び姿勢角センサ４によって現在の位置及び姿勢角を
検知される．その検知した位置データ及び姿勢角データ
は信号変換器５により信号変換されてパーソナルコンピ
ュータ等による地上の指令部６へ伝送され、後述のよう
にデータ処理される．全推進ジャッキ２は油圧供給系を
介して共通の油圧ポンプ７に接続され、該油圧ポンプ７
からの油圧によって作動される．油圧ポンブ７からの油
圧は圧力センサ８によって検知され、流量調整器９によ
り流量調整された後、分岐して各推進ジャッキ２ごとに
圧力調整器（例えば比例電磁弁）ｌＯにより圧力調整さ
れるとともに、各推進ジャッキ２ごとの圧力を圧力セン
サｌ１によって検知される．圧力センサ８，１ｌによっ
て検知された圧力データは演算機能を有する制御部１２
を介しまた上記信号変換器５で信号変換されて指令部６
へ伝送される．制御部１２は指令部６からの指令に従い
流量調整器９及び各推進ジャッキ２ごとの圧力調整器ｌ
Ｏを制御する．各推進ジャッキ２を圧力調整ＨｆＯで調
整することによりシールド掘進機本体１の方向が制御さ
れる。 その制御にあたり本実施例では、シールド掘進機本体ｌ
に放射状に配設されたＮ個の推進ジャッキ２をシールド
掘進機本体ｌの円周方向に４つのグループに分割、すな
わちその圧力系統を４分割したものとして説明する．第
２図においてある点のＸ軸及びＹ軸の座標値（設定｛１
１１）ａ，ｂが与えられた場合、４分割されたＩＩＬ進
ジャソキ２の圧力分担Ｐｌｌ〜ｐ１ｔはこれから次の計
算によって求められる． Ｐ＋＋＝Ｊ（ｘ ａ）ｂ Ｐ，ｇ＝Ｊ ａ ｂ ？■＝Ｊ （ｘ − ａ）（ｙ − ｂ）Ｐｔｔ−Ｊａ
（ｙ ｂ） 第３図に示すようにＮ個の推進ジャッキ２１〜２Ｍには
、それぞれの圧力を調整する圧力調整器ｌＯ．〜１０Ｎ
及びその圧力を検知する圧力センサＨｔ〜ｌ１エが接続
され、各推進ジャッキの圧力は個別に検知されるが、圧
力制１１は指令部６からの指令に従い制御部１２によっ
て上記のように４つのグループに分けて行われる．従っ
て同じグループの推進ジャッキは同じ圧力に調整される
．以下、その圧力制御について第４図のフローチャート
を参照して説明する． ■ 位置センサ３及び姿勢角センサ４でシールド′ｍ進
機本体ｌの現在の位置及び姿勢角を検出し、そのデータ
を信号変換器５で指令部６用に変換してこれへ伝送する
． ■ 指令部６において計画路線の位置目標値と位置セン
サ３の検出位置とを比較して位置偏差を求め、その位置
偏差から水平方向及び鉛直方向の姿勢角目標値を演算す
る． ■ 指令部６において姿勢角目標値と姿勢角センサ４の
検出姿勢角とを比較し、水平方向及び鉛直方向の姿勢角
偏差を求める． ■ これら姿勢角偏差を信号変換器５で制御部ｌ２用に
変換してこれへ伝送する． ■ 制御部１２により流量調整器９を制御して流量調整
し、シールド掘進機本体ｌの掘進速度を適宜に設定する
． ■ 制御部ｌ２において姿勢角偏差からその偏差を修正
するような各推進ジャッキの圧力目標値を演算し、その
演算結果から上記の計算式に従った圧力分担により最も
大きい圧力系統の推進ジャッキを選択する． ■ その圧力系統の圧力調整器１０を制御部ｌ２によっ
て最大圧力に設定する． ■ 圧力センサ８によって油圧ポンブ７の圧力を検出し
、制御部ｌ２においてこのときのシールド掘進機本体ｌ
の推力を演算する． ■ この推力と圧力分担とから新たに他の圧力系統の推
進ジャッキの圧力目標値を演算する．［相］ 圧力セン
サ１１１−１１Ｎによって各圧力系統の圧力を検出する
． ■ その検出圧力と上記■で求めた圧力設定値とを比較
して各圧力系統ごとの圧力偏差を演算する． ■ 各圧力系統ごとに上記圧力偏差を修正するような調
整値、つまり電流値または電圧値を演算し、これに従い
、上記■で最大圧力に設定した圧力調整器以外の各圧力
調整器１０．〜ｌＯＨを操作して各推進ジャッキ２．〜
２，ｌの圧力を調整する。 ■ 推進ジャッキ２，〜２Ｎの作動によりシールド掘進
機本体１に回転モーメントが生じ、その掘進方向が制御
される． 以上の動作を繰り返すことによりシールド掘進機本体１
は実時間で連続的にかつ水平及び鉛直両方向について円
滑に方向制御される． なお、上記の実施例では、Ｎ個の推進ジャッキ２，〜２
Ｎを説明の便宜上第２図に示すようにＸ軸及びＹ軸と平
行に４分割したが、シール−ド掘進機本体１にとっては
第５図のような態様に分割した方が方向転換が容易であ
る．また分割しないでＮ個の推進ジャッキ２，〜２Ｈを
個々に圧力調整しても良い．
本発明によれば次のような効果がある．（１） 水平
方向及び鉛直方向をそれぞれ独立して方向制御ができる
ため、従来よりも掘進精度が向上する． （２）完全なフィードバック制御系によって方向制御で
きるため、従来問題になっていた土質等の外乱の影響を
受けない． （３）自動運転の確立により人件費の削減及び出来形向
上等が図れる．
方向及び鉛直方向をそれぞれ独立して方向制御ができる
ため、従来よりも掘進精度が向上する． （２）完全なフィードバック制御系によって方向制御で
きるため、従来問題になっていた土質等の外乱の影響を
受けない． （３）自動運転の確立により人件費の削減及び出来形向
上等が図れる．
第１図は本発明による掘進方向制御装置のシステム構威
図、第２図は推進ジャッキの圧力分担を説明する説明図
、第３図はそれを制御する制御系のブロック図、第４図
は本発明の方法の手順を説明するフローチャート、第５
図は上記圧力分担の念の例の説明図、第６図は従来の方
法を説明する説明図である． ｌ・・・・・・シールド掘進機本体、２・・・・・・推
進ジャッキ、３・・・・・・位置センサ、４・・・・・
・姿勢角センサ、１０・・・・・・圧力調整器、１ｌ・
・・・・・圧力センサ．手 続 釘け 正 書 全文補正明細書 ｌ 発明の名称 シールド掘進機の掘進方向制御方法及び装置ｌ． 事件の表示 ２ 特許請求の範囲 特願平ｌ １９８６０号 １． 複数の流体圧式推進ジャノキを使用して推進２． 発明の名称 させるシールド掘進機において、炎豊隻旦盪菫シールド
掘進機の掘進方向制御方法及び装置３， 補正をずる者 事件との関係
図、第２図は推進ジャッキの圧力分担を説明する説明図
、第３図はそれを制御する制御系のブロック図、第４図
は本発明の方法の手順を説明するフローチャート、第５
図は上記圧力分担の念の例の説明図、第６図は従来の方
法を説明する説明図である． ｌ・・・・・・シールド掘進機本体、２・・・・・・推
進ジャッキ、３・・・・・・位置センサ、４・・・・・
・姿勢角センサ、１０・・・・・・圧力調整器、１ｌ・
・・・・・圧力センサ．手 続 釘け 正 書 全文補正明細書 ｌ 発明の名称 シールド掘進機の掘進方向制御方法及び装置ｌ． 事件の表示 ２ 特許請求の範囲 特願平ｌ １９８６０号 １． 複数の流体圧式推進ジャノキを使用して推進２． 発明の名称 させるシールド掘進機において、炎豊隻旦盪菫シールド
掘進機の掘進方向制御方法及び装置３， 補正をずる者 事件との関係
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、複数の流体圧式推進ジャッキを使用して推進させる
シールド掘進機において、その現在の位置及び姿勢角を
それぞれ位置センサ及び姿勢角センサによって検出する
過程と、位置センサの検出値と位置目標値とから位置偏
差を求める過程と、その位置偏差を修正するような姿勢
角目標値を演算する過程と、この姿勢角目標値と姿勢角
センサの検出値とから姿勢角偏差を求める過程と、その
偏差を修正するような圧力目標値を上記複数の推進ジャ
ッキの個々についてまたはグループごとに演算する過程
と、これら推進ジャッキに作用する圧力を圧力センサに
よって検出しながらにそれに印加する流体圧を上記圧力
目標値に従って調整する過程とからなることを特徴とす
るシールド掘進機の掘進方向制御方法。 ２、複数の流体圧式推進ジャッキを使用して推進させる
シールド掘進機において、その現在の位置を検出する位
置センサと、現在の姿勢角を検出する姿勢角センサと、
位置センサの検出値と与えられた位置目標値とから位置
偏差を求める演算部と、その位置偏差を修正するような
姿勢角目標値を演算する演算部と、この姿勢角目標値と
上記姿勢角センサの検出値とから姿勢角偏差を求める演
算部と、その偏差を修正するような圧力目標値を上記複
数の推進ジャッキの個々についてまたはグループごとに
演算する演算部と、これら推進ジャッキに作用する圧力
をそれぞれ検出する圧力センサと、これら推進ジャッキ
にそれぞれ印加する流体圧を上記圧力目標値に従って調
整する圧力調整器とを備えてなることを特徴とするシー
ルド掘進機の掘進方向制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1019860A JPH0696943B2 (ja) | 1989-01-31 | 1989-01-31 | シールド掘進機の掘進方向制御方法及び装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1019860A JPH0696943B2 (ja) | 1989-01-31 | 1989-01-31 | シールド掘進機の掘進方向制御方法及び装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0328492A true JPH0328492A (ja) | 1991-02-06 |
| JPH0696943B2 JPH0696943B2 (ja) | 1994-11-30 |
Family
ID=12010980
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1019860A Expired - Lifetime JPH0696943B2 (ja) | 1989-01-31 | 1989-01-31 | シールド掘進機の掘進方向制御方法及び装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0696943B2 (ja) |
Cited By (6)
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|---|---|---|---|---|
| JPH02116590U (ja) * | 1989-03-07 | 1990-09-18 | ||
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| CN104632239A (zh) * | 2015-01-12 | 2015-05-20 | 天津大学 | 分层地质中盾构机推进油缸垂直分区压力配比的确定方法 |
| CN112112663A (zh) * | 2020-11-10 | 2020-12-22 | 中船重工（青岛）轨道交通装备有限公司 | 用于双护盾硬岩隧道掘进机的姿态调整装置 |
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-
1989
- 1989-01-31 JP JP1019860A patent/JPH0696943B2/ja not_active Expired - Lifetime
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